KR20080069526A

KR20080069526A - 주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조를 갖는 회전 디스크

Info

Publication number: KR20080069526A
Application number: KR1020080006402A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 레티히; 로만 케른
Original assignee: 쉐플러 카게
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2008-07-28
Also published as: EP1950456B1; DE102007003399A1; EP1950456A2; US20080176689A1; CN101240839A; EP1950456A3

Abstract

본 발명은 회전축(12)을 중심으로 하나의 회전각으로 회전할 수 있으며 회전 디스크(10)의 원주에 배치된 톱니(20)와 톱니들 사이에 위치한 톱니 홈(22)의 수를 갖는 회전 디스크이며, 톱니 홈의 중심을 통해서 톱니 홈 중심선(30)이 연장되는 회전 디스크에 관한 것이며, 회전 디스크(10)는 주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조를 포함한다. 본 발명에 따른 회전 디스크(10)는, 회전 디스크(10)의 이끝원 반경(24)이 일정한 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 회전 디스크(10)를 갖는 구동 장치 및 무단 변속기에 관한 것이다.

톱니, 톱니 홈, 톱니 홈 중심선, 회전 디스크, 톱니 홈 구조

Description

주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조를 갖는 회전 디스크{ROTAITING DISC WITH A PERIODICALLY CHANGING TOOTH SPACE GEOMETRY}

본 발명은 회전 디스크, 특히 주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조를 갖는 회전 디스크에 관한 것이다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 적어도 하나의 회전 디스크를 갖는 구동 장치 및 본 발명에 따른 적어도 하나의 회전 디스크를 갖는 무단 변속기에 관한 것이다.

예를 들어 벨트 또는 체인 및 기어 휠과 같은 힘 전달 무단 요소들에 기초한 구동 시스템은 산업 적용 분야에 널리 퍼져 있다. 특히 엔진에서 이와 같은 구동 시스템은, 예컨대 크랭크 샤프트의 모멘트를 캠 샤프트에 전달하기 위해 사용된다.

캠 샤프트와 크랭크 샤프트 외에, 워터 펌프 또는 연료 펌프와 같은 다른 부품들도 벨트 또는 체인을 통해서 구동될 수 있다. 벨트 구동기 및 체인 구동기에 대한 상위 개념으로서, 소위 무단 변속기가 언급된다.

이와 같은 유형의 구동 시스템 또는 무단 변속기의 경우, 소위 단부 진동이 발생한다. 이러한 단부 진동은 힘 전달 무단 요소의 횡방향 진동, 종방향 진동 또는 비틀림 진동일 수 있으며, 이는 주기적인 엔진 운동에 의해 야기된다. 단부 진 동의 주기적인 야기는 일반적으로 엔진의 불균일한 구동 요소를 통해서 실행된다.

더욱이 동기 벨트의 경우 진동으로 인해서 불균일한 하중이 발생하며, 이는 동기 벨트 균열을 촉진시키고 사용된 동기 벨트의 수명을 줄인다.

따라서 이러한 단부 진동을 보상하기 위한 둥글지 않은 기어 휠이 제안되었다. 둥글지 않은 기어 휠은, 원형의 원주 횡단면을 포함하지 않으며 힘 전달 무단 요소의 작용 곡선 또는 랩 원호(wrap arc)가 원형이 아닌 기어 휠이다.

공개 공보 DE 10 2004 048 629 A1호는 제어 구동기의 둥글지 않은 회전 디스크를 설명하고 있다. 회전 디스크는, 회전각과 중심 반경에 기능적으로 따르는 회전 디스크 반경을 포함하며, 중심 반경은, 회전 디스크 랩 곡선의 둘러싸는 원호 길이가 중점에 인접한 톱니의 사전 설정된 간격과 톱니들의 수의 곱과 동일하도록 선택된다.

또한 실용 신안 문서 DE 202 20 367 U1호는 힘 전달 무단 요소에 의해서 서로 결합된 복수의 회전자들을 갖는 동기 구동 장치를 설명하며, 회전자들 중 하나는 안으로 들어간 섹션들과 교대되는 적어도 2개의 돌출한 섹션들을 갖는 비원형의 프로파일을 포함하고, 돌출한 그리고 안으로 들어간 비원형 프로파일의 섹션의 각 위치와 비원형 프로파일의 편심률의 치수는, 비원형 프로파일이, 힘 전달 무단 요소에 반대로 변동하며 보정되는 회전 모멘트를 인가하도록 선택되며 힘 전달 무단 요소는 하중 구조의 변동하는 하중 회전 모멘트를 줄이거나 실질적으로 없앤다.

실용 신안 문서 DE 203 19 172 U1호는 회전자의 외접원에 배치된 복수의 톱니들을 갖는 회전자로 구성된 회전 부품을 설명하며, 각각의 톱니는 하나의 크라운 을 가지며 나란하게 배치된 각각의 톱니 쌍 사이에는 오목부가 위치하고 톱니의 크라운은 회전자의 외접원을 형성하는 만곡된 원주 상에 위치하며, 회전자의 외접원은 안으로 들어간 영역들과 교대되는 적어도 2개의 돌출 영역을 갖는 비원형의 프로파일을 포함하고, 나란하게 위치한 각각의 톱니 쌍의 크라운의 중점들 사이의 간격과 나란하게 위치한 각각의 톱니 쌍 사이의 오목부의 프로파일은 실질적으로 동일하며, 각각의 크라운의 중점과 외접원에 있는 회전자의 축 사이의 간격은, 언급한 비원형 프로파일을 구현하기 위해 가변적이다.

이와 같이 둥글지 않은 회전 디스크의, 그 조립 지점에 대한 공간 측정을 위해서는 항상 가장 큰 반경이 중요하며, 이는 회전 디스크의 자유로운 회전을 가능케 하기 위함이다. 즉, 비교적 심하게 명확한 비진원도(out of roundness)를 갖는 회전 디스크의 경우 공간 요구가 더 커진다.

특히 자동차 내의 엔진 컴파트먼트에 제공된 체적은 매우 제한적이기 때문에, 종래 기술의 둥글지 않은 회전 디스크의 경우 종종 회전 디스크의 배치 시 문제가 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 단부 진동이 보상될 수 있고 체인 또는 동기 벨트의 유입 또는 배출 특성이 개선되며, 회전 디스크의 각각의 공간 요구가 최소화되는 회전 디스크, 구동 장치 또는 무단 변속기를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 특허청구범위 제1항에 따른 회전 디스크, 특허청구범위 제7항에 따른 구동 장치 및, 특허청구범위 제10항에 따른 무단 변속기에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 회전 디스크는 회전축을 중심으로 한 회전각으로 회전할 수 있으며 회전 디스크의 원주에 배치된 톱니와 톱니들 사이에 위치한 톱니 홈의 수를 포함하고, 톱니 홈의 중심을 통해서 톱니 홈 중심선이 연장되며, 회전 디스크는 주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조를 포함하고, 또한 회전 디스크의 이끝원(addendum circle) 반경이 일정한 것을 특징으로 한다.

회전 디스크의 외부 형태는 그 작용 및 변속비와 관련해서 중요하지 않다. 이에 관해서는 작용 반경의 형태만이 중요하다. 따라서, 작용 반경을 주기적으로 변경되게 구성할 수 있으며, 이끝원의 반경은 일정하게 유지된다.

따라서 회전 디스크의 원형 원주 형태가 주어지며 그 배치를 위해서 제공된 공간은 최소가 된다.

회전 디스크의 기준원(reference circle) 반경이 회전각 및 특정의 중심 반경에 기능적으로 따름으로써, 주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조가 형성되는 것이 제공될 수 있다.

이로써 회전 디스크의 원형 외부 형태가 주어지며, 톱니들의 높이는 회전각에 따라 변경된다. 기준원 반경이 최대치를 가질 때, 최소의 톱니 높이가 주어진다. 최대의 기준원 반경은 이끝원 반경과 동일하게 제공될 수 있다.

예컨대 롤러 체인 또는 슬리브 체인 또는 동기 벨트와 같은, 사용된 트랙션 메카니즘은 톱니 높이의 주기적인 변경에 상응하게, 회전 디스크 내에 다소 맞물린 다.

또한 회전 디스크(10)의 톱니(20)의 수의 톱니 프로파일이 회전각에 따라 특정의 중심 톱니 프로파일에 앞서 있거나 뒤에 있음으로써, 주기적으로 변경된 톱니 홈 구조가 형성되는 것이 제공될 수 있다.

앞서 있거나 뒤에 있는 톱니 프로파일에 의해, 그 변속비가 주기적으로 변경되지만 톱니의 높이는 일정하게 유지되는 회전 디스크가 제공될 수 있다. 이로써 트랙션 메카니즘은 항상 균일하게 회전 디스크 내에 맞물린다.

또한 톱니 홈 중심선이 실질적으로 회전 디스크의 기준원 반경 또는 기준원의 국소적 곡률 중점에 정렬되는 것이 제공될 수 있다.

종래 기술의 회전 디스크의 경우, 힘 전달 무단 요소의 높은 마모에 대한 원인이, 기어 휠 톱니로부터 무단 요소에 가해지는 큰 힘의 피크로부터 야기되는 것이 제시된다. 이에 대한 근거는, 이하에서 원형 기어 휠로서 표현되는 종래 기술의 기어 휠의 방향 설정 및 프로파일 형성(profiling)이다.

원형 기어 휠의 경우, 톱니들 사이에 위치한 톱니 홈은 각각 그 상응하는 톱니 홈 중심선에 대해 대칭이다. 원형 기어 휠의 경우, 각각의 톱니 홈 중심선은 원형 기어 휠의 회전축 또는 중점을 통해서 연장된다. 이러한 2개의 톱니 홈 중심선 사이의 기어 휠의 섹션은 상기 설명의 범주 내에서 섹터로 언급된다.

원형 기어 휠의 경우, 모든 섹터들은 동일하다. 섹터들이 함께 세팅됨으로써 원형 기어 휠이 주어진다. 톱니 홈은 접선의 전환부가 제공된 섹터들 사이에 불연속성을 갖지 않는 연속적인 표면을 포함한다.

기능적으로 종속된 기준원 반경을 갖는 비원형 또는 원형의 기어 휠의 경우, 설계 시 이제까지는 마찬가지로, 전체 톱니 홈 중심선이 기어 휠의 회전축을 통해서 연장되어야 하는 것이 고정적이었다. 그러나 이와 같은 기어 휠의 경우, 분명히 동일한 섹터들은 함께 세팅될 수 없다. 오히려 섹터들은, 비원형 원주를 따라 개별 섹터들이 함께 세팅되도록 소정의 크기 만큼 변형되어야 한다.

톱니 홈 윤곽은, 힘 전달 무단 요소의 톱니 베이스 내에 상승된 하중을 발생시키도록 변형된다. 더욱이 이와 같은 유형의 윤곽에서는 높은 마모가 발생한다.

따라서 본 발명의 회전 디스크의 톱니 홈 중심선은 모든 회전축 상에서 정렬될 수 있는 것이 아니라, 실질적으로 회전 디스크의 기준원의 국소적 곡률 중점에 정렬되며 즉, 기준원의 윤곽에 수직으로 존재한다. 톱니 홈 중심선은 일반적으로 더 이상 회전축을 통해서 연장되지 않는다. 톱니의 측면 윤곽은 인접한 톱니 홈의 형태로부터 주어진다. 톱니의 헤드 윤곽은 일정한 이끝원으로부터 주어진다.

각각의 국소적 곡률 중점 상에 톱니 홈 중심선이 정렬됨으로써, 톱니 홈 내의 섹터들 사이에 연속적 전환부를 갖는 톱니 홈 구조가 발생된다. 또한 증가된 마모의 문제점도 방지된다. 힘 전달 무단 요소의 유입 및 배출은 마찰 및 마모가 감소됨으로써 실행되는데, 이는 톱니로부터 힘 전달 무단 요소로 힘이 전달됨으로 인해 압착이 균일하게 배분되고 힘의 피크가 방지되기 때문이다.

회전 디스크에 대해 동심인 원형면이, 회전축을 통해서 연장되지 않는 톱니 홈 대칭축에 의해 교차되도록, 톱니 홈 중심선이 정렬될 수 있다. 원형면은 대략 0.1mm 내지 20mm의 직경, 특히 대략 0.5mm 내지 6mm의 직경을 가질 수 있다.

톱니 홈의 프로파일은 톱니 홈 중심선에 대해 대칭 또는 비대칭으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 회전 디스크 반경이 이하의 식의 조화 전개에 의해서 표현될 수 있는 것이 제공될 수 있다:

여기서, r _mittel 은 중심 반경, δ r _i 는 비진원도 진폭, n _i 는 융기부의 수, φ _i 는 위상 위치, t는 0 내지 2π의 간격으로부터의 작동 파라미터이다. 중심 반경은 나머지 파라미터에 따라서 적합하게 선택되므로, 회전 디스크의 랩 곡선의 소정의 길이가 주어진다. 융기부의 수는 순서로서도 표현된다. 나타나는 바와 같이, 각에 따르는 다양한 순서의 복수의 장애 부재도 중심 반경에 중첩될 수 있다. 장애 부재가 제공되지 않으면, 원형의 회전 디스크가 얻어진다. 이에 상응하게, 항상 적어도 하나의 장애 부재가 제공되는 것이 제시된다.

각각의 파라미터 δ r _i 가 동일하게 0에 세팅되면, 마찬가지로 원형의 회전 디스크가 얻어진다. 이에 상응하게 본 발명에 따라, 각각의 파라미터 δ r _i 가 동일하지 않게 0인 것이 제공된다.

본 발명에 따른 구동 장치는 적어도 2개의 회전 디스크 및, 회전 디스크들 사이에 모멘트를 전달하기 위한, 힘 전달의 무단 요소를 포함하며, 회전 디스크들 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 회전 디스크인 것을 특징으로 한다. 이로써 본 발명에 따른 구동 장치에서도 힘 전달 무단 요소의 마모 증가가 방지된다.

또한 본 발명에 따른 구동 장치는 자동차 내에서 사용되기 위해 형성될 수 있다.

대안적으로, 본 발명에 따른 구동 장치는 항공기 내에서 사용되기 위해 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 구동 장치는 동기 구동 장치이다.

본 발명에 따른 무단 변속기는 적어도 2개의 회전 디스크 및, 회전 디스크들 사이에 모멘트를 전달하기 위한, 힘 전달의 무단 요소를 포함하며, 회전 디스크들 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 회전 디스크인 것을 특징으로 한다. 이로써 본 발명에 따른 무단 변속기에서도 힘 전달 무단 요소의 마모 증가가 방지된다.

본 발명의 추가의 장점과 실시예는 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 제시된다.

앞서 언급한 그리고, 추후에 설명될 특징들은 제시된 결합 형태 뿐만 아니라, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 결합 형태 또는 단독으로 사용될 수 있다.

이하에서 본 발명은 실시예에 의해서 더 자세히 설명된다.

본 발명에 따르면, 단부 진동이 보상될 수 있고 체인 또는 동기 벨트의 유입 또는 배출 특성이 개선되며, 회전 디스크의 각각의 공간 요구가 최소화되는 회전 디스크, 구동 장치 또는 무단 변속기가 제공될 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 회전 디스크(10)의 제1 실시예를 도시한다.

회전 디스크(10)는 회전축(12)을 중심으로 한 회전각으로 회전될 수 있으며, 회전 디스크(10)의 원주에 배치된 톱니(20)와 톱니(20) 사이에 위치한 톱니 홈(22)의 수를 포함하고, 톱니 홈의 중심을 통해서 톱니 홈 중심선(30)이 연장된다.

도시된 회전 디스크(10)는, 회전 디스크의 기준원 반경(26)이 회전각과 특정의 중심 반경에 기능적으로 종속되도록, 주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조를 포함한다. 도시된 실시예에서 기준원 반경(26)은 각각 3개의 최대치 또는 최소치를 갖는다.

회전 디스크(10)의 이끝원 반경(24)은 일정하다.

이로부터, 마찬가지로 회전각에 종속된 톱니(20)의 높이가 주어진다. 기준원 반경(26)이 최대이고 이끝원 반경(24)에 상응할 때, 이에 상응하게 톱니(20)의 높이는 항상 최소이다. 이에 상응하게, 기준원 반경이 최소일 때 최대 톱니 높이가 주어진다.

톱니(20)의 높이에 따라, 롤러 체인 또는 슬리브 체인 또는 동기 벨트와 같이, 가능한 트랙션 메카니즘은 상이한 세기로 회전 디스크 내(10)에 맞물린다.

도2는 본 발명에 따른 회전 디스크(10)의 제2 실시예를 도시한다.

또한 2개의 확대된 도면에서, 주기적 변경이 없는 프로파일 또는 기준 프로파일(40)이 점선으로, 주기적으로 변경된 실제 프로파일(42)이 실선으로 도시된다.

도2에 도시된 바와 같이, 회전 디스크(10)는 일정한 이끝원 반경 및 일정한 기준원 반경(26)을 갖는다. 주기적으로 변경된 회전 디스크(10)의 변속비는 실제 프로파일(42)이 기준 프로파일(40)을 중심으로 진동함으로써 즉, 기준 프로파일(40)이 회전각(t)에 따라 앞서 있거나 뒤에 있음으로써, 제공된다.

따라서 회전 방향(Ω)으로부터는, 상부 우측 확대 도면에서 실제 프로파일(42)이 기준 프로파일(40)에 앞서 있고, 하부 좌측 확대 도면에서는 기준 프로파일(40)의 뒤에 있는 것이 제시된다.

앞서 설명한 본 발명에 따른 회전 디스크를 통해, 단부 진동이 보상될 수 있고 트랙션 메카니즘의 유입 또는 배출 특성이 개선되며, 회전 디스크(10)의 공간 요구가 최소화되는 회전 디스크를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 회전 디스크는 바람직하게 무단 변속기 내에 사용된다. 무단 변속기는 바람직하게 자동차 또는 항공기 내에서 사용되도록 형성된다. 그러나 본 발명에 따른 회전 디스크(10)는 이러한 사용예와 무관하게, 직물 기계 또는 사무 기계에서도 사용될 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 회전 디스크의 제1 실시예의 도면.

도2는 본 발명에 따른 회전 디스크의 제2 실시예의 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 회전 디스크

12 : 회전축

20 : 톱니

22 : 톱니 홈

24 : 이끝원 반경

26 : 기준원 반경

30 : 톱니 홈-중심선

40 : 기준 프로파일

42 : 실제 프로파일

Ω : 회전 방향

t : 회전각

Claims

회전축(12)을 중심으로 하나의 회전각으로 회전할 수 있으며 회전 디스크(10)의 원주에 배치된 톱니(20)와 톱니들 사이에 위치한 톱니 홈(22)의 수를 갖는 회전 디스크이며, 톱니 홈의 중심을 통해서 톱니 홈 중심선(30)이 연장되며, 회전 디스크(10)는 주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조를 포함하는 회전 디스크에 있어서,

회전 디스크(10)의 이끝원 반경(24)이 일정한 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
제1항에 있어서, 회전 디스크(10)의 기준원 반경(26)이 회전각 및 특정의 중심 반경에 기능적으로 따름으로써, 주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
제1항 또는 제2항에 있어서, 회전 디스크(10)의 톱니(20)의 수의 톱니 프로파일이 회전각에 따라 특정의 중심 톱니 프로파일에 앞서 있거나 뒤에 있음으로써, 주기적으로 변경되는 톱니 홈 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 톱니 홈 중심 선(30)은 각각 실질적으로 회전 디스크(10)의 기준원 반경(26)의 국소적 곡률 중점에 대해 정렬되는 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
제4항에 있어서, 회전 디스크(10)는, 회전축(12)을 통해서 연장되지 않는 톱니 홈 중심선(30)에 의해 교차되지 않는 동심의 원형면을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기준원 반경(26)은 이하의 식의 조화 전개에 의해서 표현될 수 있으며:

여기서, r _mittel 은 중심 반경, δ r _i 는 비진원도 진폭, n _i 는 융기부의 수, φ _i 는 위상 위치, t는 0 내지 2π의 간격으로부터의 작동 파라미터인 것을 특징으로 하는 회전 디스크.
적어도 2개의 회전 디스크(10) 및, 회전 디스크(10) 사이에 힘을 전달하기 위한, 힘 전달의 무단 요소를 구비한 구동 장치에 있어서,

회전 디스크(10) 중 적어도 하나가 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 회전 디스크(10)인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
제7항에 있어서, 자동차 내에서 사용되기 위해 형성된 구동 장치.
제7항에 있어서, 항공기 내에서 사용되기 위해 형성된 구동 장치.
적어도 2개의 회전 디스크(10) 및, 회전 디스크(10) 사이에 힘을 전달하기 위한, 힘 전달의 무단 요소를 구비한 무단 변속기에 있어서,

회전 디스크(10) 중 적어도 하나가 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 회전 디스크(10)인 것을 특징으로 하는 무단 변속기.